PRUEBA PORTER

PRACTICAS DE LABORATORIO

PRUEBA PORTER En suelos friccionantes es muy común que las pruebas dinámicas produzcan una curva de compactación con una forma inadecuada para la determinación del peso volumétrico seco máximo y una humedad óptima. También, para este tipo de suelos existen otras pruebas de compactación en las que usualmente se define una curve de compactación de forma típica, adaptada para los fines que se persiguen. Una de estas es la prueba de compactación estática, que introdujo O. J. Porter y que alcanzó su forma definitiva alrededor de 1935. En ella se compacta al suelo colocándolo dentro de un molde cilíndrico de unas 6" de diámetro, el suelo se dispone en tres capas y se acomoda con 25 golpes de una varilla con punta de bala, lo que no significa una compactación intensa, pues la varilla es ligera y la altura de caída, que no está especificada es la mínima utilizable por el operador para la manipulación cómoda. La compactación propiamente dicha se logra al aplicar al conjunto de tres capas una presión de 140.6 Kg/cm², la cual se mantiene durante un minuto. Este método de prueba sirve para determinar el peso volumétrico seco máximo y la humedad óptima en suelos con partículas gruesas que se emplean en la construcción de terracerías; también se puede emplear en arenas y en materiales finos cuyo índice plástico sea menor que 6. el método consiste en preparar especímenes con material que pasa la malla de una pulgada, a los que se le agregan diferentes cantidades de agua y se compactan con carga estática.

OBJ: En esta práctica se determinara la compactación por carga estática ya que es igual que la prueba. Proctor se calculara el peso específico seco máximo y contenido de humedad.

EQUIPO EMPLEADO Y PROCEDIMIENTO EQUIPO: y

y y y y y y y

Molde con base y extensión de 6" de diámetro y 5" de altura aproximadamente. Varilla con punta de bala. Probeta de 500 ml. Cápsula de aluminio. Charola cuadrada. Balanza con capacidad de 20 kg y otros con aproximación de 1gr. Horno. Maquina para aplicar carga o presión con capacidad de 30 toneladas.


PROCEDIMIENTO: Cribar por la malla # 1 con 16 kg de material ( 4 kg) finos 2.5 kg y gruesos 1.5kg. Medir el diámetro y altura del molde y pesarlo con la base y extensión. Agregarle agua en forma homogénea la cual deberá medirse cuando estemos en la humedad optima. Una manera aproximada de conocer esta humedad es apretando el suelo húmedo el cual nos dejara un leve rocío en la palma de la mano, varia entre 450 a 550 ml aproximadamente de agua tomar una muestra representativa para calcular el contenido de humedad en la cápsula de 80 a 100 gr de la muestra. El material restante se colocara en 3 capas dentro del cilindro y a cada una de ellos se le aplicara 25 golpes con la varilla punta de bala en forma de espiral empezando la orilla y terminando en el centro. Calcular el área del cilindro. Conocido esto calcular la carga total por aplicar sabiendo que esta tiene un valor constante de 1406 kg/cm 2, la carga por aplicar en la maquina la obtendremos multiplicando el área x carga. El equipo donde se aplicara esta carga está compuesta de un gato hidráulico y un manómetro y este último tiene una constante de carga de 78 kg. Dividiendo la carga total entre la constante para conocer que lectura tendremos en el manómetro de carga. Según las especificaciones esta carga deberá aplicarse en un tiempo de 5 minutos para conocer que carga deberá aplicarse/ minuto dividiendo el valor anterior entre 5. Para decir que hemos encontrado la humedad optima en un lapso entre el mínimo de 5 y 6 el espécimen deberá arrojar unas gotas de agua por la parte inferior en caso contra4rio se repetirá la prueba con otra porción del material y con una cantidad de agua mayor ó menor según se requiera. Retirar el espécimen de la maquina y pesarla con la base y extensión para conocer el peso del suelo húmedo. Se retira la extensión y ayudados con un vernier se mide la altura faltante del material esta se tomara del borde superior del cilindro de cara superior del espécimen en 3 lugares diferentes y de esta sumatoria se saca un promedio para poder conocer la altura de la muestra compactad


VALOR RELATIVO DE SOPORTE ESTÁNDAR (V.R.S. std.)

Objetivo: Determinar si el suelo en estudio, tiene la calidad para ser empleado en las capas: base, sub-base y sub-rasante. Para ésta prueba se utiliza un suelo compactado por medio de la prueba Porter. Equipo y material que se utiliza: o Todo el equipo y materiales utilizados en la prueba Porter o Prensa con capacidad de 5, 000 Kg.. o Depósito con agua para saturar el suelo compactado o Papel filtro de 15.2 cm de diámetro o Placa circular perforada de 15.2 cm de diámetro o 2 placas circulares de carga de 15.2 cm de diámetro y de 3 Kg.. de peso cada una o Un trípode metálico para referencia de mediciones o Pistón de penetración de 4.95 cms. de diámetro o Extensómetro con carrera de 2.54 cms. y una aproximación de 0.01 mm. o Cronómetro o reloj o Calibrador con vernier Procedimiento: 1. Estando el suelo ya compactado, se pone encima un papel filtro, para que no se erosione, al momento de introducirlo a inmersión total en agua. 2. Arriba del papel se coloca una placa circular perforada y encima de ésta, las 2 placas circulares de carga, sobre la extensión del molde se coloca el trípode, que servirá como referencia de mediciones de altura y conocer si el suelo presenta expansión. 3. Se introduce todo el conjunto al depósito con agua, de tal forma que el molde quede sumergido, con un tirante de 2 cms. arriba del borde superior de la extensión del molde.


4. Utilizando el vernier, se hace una primera lectura de altura, medida sobre el trípode hasta la parte central de vástago de la placa circular perforada; anotando esta lectura como (Li), se verifica cada 24 hrs. y cuando en dos lecturas sucesivas se observe que no hay diferencia, se anota su valor como lectura final (Lf) con aproximación de 0.01 mm. El período de saturación generalmente varía de 3 a 5 días. 5. Todo lo descrito en paso 4, es con el fin de determinar el porcentaje de expansión que puede tener un suelo y se obtiene con la siguiente fórmula: Expansión = heLfLií X100; donde: he = Altura del espécimen, en cms. 6. Se retira el molde del agua, se le retira la extensión, el papel filtro y la placa circular perforada, colocándose en medio de las placas de carga el pistón de penetración, después se coloca el molde en la parte central de la prensa. 7. Se coloca el extensómetro que va indicar las penetraciones estandarizadas para esta prueba; estas son: 1.27 mm. 2.54 mm 3.81 mm. 5.08 mm. 7.62 mm. 10.16 mm y 12.70 mm 8. Se aplica una precarga de 10 Kg.. e inmediatamente después, sin retirar la carga, se ajusta el extensómetro en cero, para iniciar la penetración vertical del pistón de penetración. 9. Se aplica carga para que el pistón penetre al espécimen a una velocidad de 1.27 mm./min., anotando las cargas necesarias para obtener cada una de las penetraciones descritas anteriormente. 10. Los resultados se llevan a la gráfica (penetraciones contra carga), obteniéndose la llamada curva de valor relativo de soporte estándar y se obtiene finalmente el resultado de este con la siguiente fórmula: V.R.S. std. = 136054.2CX100; donde; C 2.54 = A la carga correspondiente a la penetración de 2.54 mm. en Kg. 1360 = Equivale a la carga que presentaría un material de buena calidad, para esa penetración; por ejemplo: una caliza triturada.


PESO VOLUMÉTRICO EN EL LUGAR Y GRADO DE COMPACTACIÓN El procedimiento que se describe a continuación tiene por objeto determinar el grado de acomodo de las partículas de un suelo en su estado natural o bien, de las de un material pétreo que forma parte de una estructura, ya sea que esta se encuentre en construcción o terminada; fundamentalmente consiste en relacionar el peso volumétrico seco en el lugar, con el respectivo peso volumétrico seco máximo, expresándose el resultado en porcentaje; ambas determinaciones se efectúan con porciones de suelo o material, correspondientes a un mismo tamaño máximo, el cual queda limitado de acuerdo con la fracción de suelo que se utilice en la prueba de compactación de laboratorio considerada. Objetivo: Determinar el peso volumétrico en el terreno de la Facultad y con este, determinar el % de compactación que tiene este suelo; esta determinación se hará por el método tradicional. Equipo y material que se utiliza: o Una barreta o barra o Mallas: No. 4, la de ¾´ y la de 1´ (dependiendo de la prueba de compactación de laboratorio) o Mallas No. 8 y No. 16 o Bascula con capacidad de 20 Kg. y aproximación a 10 grs. o Recipiente para vaciar el suelo excavado o Cubeta que contiene la arena o Horno o estufa o Cristal de reloj o Espátula o Charola de aluminio

o Arena cribada equivalente a la arena de Ottawa Procedimiento:


1. Se limpia muy bien la superficie donde se hará el sondeo, se dibuja con el dedo el diámetro de la excavación, que será de aproximadamente de 15 cms. y la profundidad será de 20 cms; esta, en la obra dependerá del espesor de la capa que se haya compactado. 2. Se realiza la excavación con la barreta, tratando que las paredes de la excavación queden lo mas verticalmente posible, sin hacer palanca con la barra, para no alterar el material adyacente. 3. Se pesa el material excavado, excepto las partículas que son desechadas en la prueba de compactación correspondiente para el material en estudio; este peso se anota en el registro, como: Peso húmedo extraído. 4. De este material se toma una porción para determinar el contenido de humedad, el resultado se anota en el registro como: Humedad del lugar en %. 5. Se pesa la arena equivalente a la arena de Ottawa y se anota como: Peso inicial de la arena. Esta arena se utiliza para determinar el volumen del sondeo, únicamente.

6. Se llena la excavación con esta arena, formando una capa y colocando una parte de las partículas que fueron excluidas, después se vacía mas arena para formar otra capa y se colocan mas partículas, hasta llenar el sondeo con la arena al mismo nivel del terreno. Debe buscarse que en la colocación de las partículas excluidas no queden huecos, porque nos afectaría en el resultado del volumen del sondeo. La arena restante se pesa y se registra como: Peso final de la arena. 7. Se recupera la arena utilizando para esto, las mallas por las que se cribó inicialmente (Mallas No. 8 y No. 16). 8. Se obtiene lo que está en el registro como Diferencia, que representa la cantidad de arena en peso que se empleó para llenar el sondeo o excavación y se obtiene de la siguiente forma: Diferencia = Peso inicial de la arena ± Peso final de la arena 9. Se obtiene el volumen del sondeo, de la siguiente forma: Volumen del sondeo (lts.) =

 

 



10. Se obtiene el Peso volumétrico húmedo del lugar (P.V.H.L.), de la siguiente forma:


P.V.H.L. =

 

11. Se obtiene el Peso volumétrico seco del lugar (P.V.S.L.) o lugar, de la siguiente forma: P.V.S.L. =



  



donde: = Humedad de lugar en % ) 

12. Se obtiene el grado o porciento de compactación, de la siguiente forma: Compactación =

 

*100

 

*100


VALOR CEMENTANTE

Uno de los costos más importantes en la construcción y mantenimiento de las vías terrestres corresponde a los materiales, roca, grava, arena y otros suelos, por lo que su localización y selección se convierte en uno de los problemas básicos del ingeniero civil en conexión estrecha con el ingeniero geólogo, la experiencia dicta que si se da a estas tareas la debida importancia, podrán localizarse materiales adecuados cerca del lugar de la obra. Cada caso de materiales requiere la realización de pruebas de campo y de laboratorio. Los bancos de suelo han de muestrearse para conocer en laboratorio las características que interesen para definir o autorizar su uso. Naturalmente la muestra que se extraiga dependerá de la utilización que se le quiera dar al suelo, en general las pruebas que se le harán a los suelo que van a usarse en pavimentos, aunque sean las mismas que las de terracerías, deben hacerse con mayor detenimiento y en mayor número. Una de esas pruebas es la del valor cementante que nos permite conocer las características de acuñamiento y cementación de las partículas, propiedades que influyen en la facilidad de compactación y que le permiten mantener su estabilidad aun en estado seco.

EQUIPO EMPLEADO Y PROCEDIMIENTO VALOR CEMENTANTE. OBJ : Conocer las características de acuñamiento y cementación de las partículas propiedades que influyen en la facilidad de compactación y que se le permiten mantener su estabilidad aún en estado seco.

EQUIPO:

y

y y y

Moldes de lamina cuadrada con bisagra en una de sus aristas de aproximación 7.5 x 7.5 cm. 1 Malla de # 4. 1 Cucharón. 1 Placa de área ligeramente menor que la del molde y con vástago.


y

y y y y y

1 Varilla de compactación con un peso aproximado de 980 gr y una altura de caída de 60cm. Charola cuadrada. Balanza con capacidad de 20 Kg Horno con temperatura controlable. Probeta. Maquina de aplicar carga la cual se pueda aplicar lectura cuando menos a cada 10 kg y traza graficada.

PROCEDIMIENTO: Cribar por la malla # 4 2400 gr de material seco agregarle agua en forma homogénea hasta que aproximadamente estemos cércanos a la humedad optima de compactación. Pesar el material húmedo y dividirlo en 3 porciones del mismo peso. Engrasar internamente los moldes, colocarlo sobre las bases para compactar y de presión que le corresponda colocar dentro del molde 1 capa de material suelto de aproximadamente 6 cm de espesor. Sobre este material colocar la placa y ayudados con el pisón darle 15 golpes, descalificar la capa y repetir el procedimiento con 2 capas posteriores y efectuar lo mismo con las otras 2 moldes. Después de compactados se meten el horno a una temperatura de 40°C para que pierda la humedad lentamente por 1 periodo de 24 hrs. ( en este caso las especímenes se colocara en cima del horno) Se sacan del horno y se le retira el molde evitando que no se desmoronen y el espécimen solo se mete en el horno a 105°C para la pérdida total del agua durante 24 hrs. Se saco del horno y se mide sus lados de la cara superior y se calcula su área se coloca en la maquina aplicar carga y se le aplica presión a cada aproximación hasta la falla cuando la valore no digieren mucho entre si se obtiene un promedio y esta será el valor cementante del material expresado en kg/cm 2


EQUIVALENTE DE ARENA Debido a que una buena cimentación de un camino necesita la menor cantidad de finos posible, sobre todo de arcillas, que son los materiales que en contacto con el agua causan un gran daño al pavimento, pues es necesario saber si la cantidad de finos que contienen los materiales que serán utilizados en la estructura del pavimento es la adecuada, por tal motivo se hizo necesario el plantear una manera fácil y rápida que nos arroje dichos resultados; sobre todo cuando se detectarán los bancos de materiales. Se pretende que esta prueba sirva como una prueba rápida de campo para investigar la presencia de materiales finos o de apariencia arcillosa, que sean perjudiciales para los suelos y para los agregados pétreos.


EQUIPO EMPLEADO Y PROCEDIMIENTO EQUIVALENTE DE ARENA. OBJ: Obtener el porcentaje de materiales finos indeseables, principalmente las arcillas que son los materiales que en contacto con el agua le provocan daños al pavimento.

EQUIPO: Probetas de acrílico de 38 cm de altura ( 15") Cápsulas de aluminio. Maya del # 4 Pisón el cual tendrá una marea que tiene una longitud desde la punta hasta la marca de 25.4 cm (10) peso 980 gr Embudo. Balanza con aprox de 1gr. Solución de trabajo compuesta de cloruro de calcio, glicerina, formaldehido y agua destilada Repisa donde colocar el frasco con la solución del trabajo.

Se tendrán 90 mm de solución de trabajo y se completara hasta 1 galón agregándole agua.


1 Cucharón. 1 Charola redonda Tapones de corcho.

PROCEDIMIENTO: Cribar por la malla # 4 unos 500 gr de material, cuartearlo y tomar 2 muestras representativas del material con un peso de 100 gr cada una las cuales pesaremos en las cápsulas. Agregar en la probeta solución de trabajo hasta la marca de 10 cm ó 4" coloca4r dentro de la probeta el contenido en una de las cápsulas procurando que la solución impregne el suelo dándole unos golpes en la parte inferior de la probeta y dejar en reposo durante 10 min. Para que se homogenice la muestra, pasando ese tiempo se lleva a el agitador y se coloca en él durante 45 seg. y en caso de que no se cuente con este elemento se hará manualmente agitándola en forma horizontal de tal modo que se cumpla 90 cm. Se retira del agitador y se coloca debajo del gabinete para agregarle solución de trabajo hasta la marca final ( 38 cm ó 15"). Este proceso de inicio debe darse un picado con la varilla por la que fluye la solución para que tiendan a subir las partículas finas y no queden atrapadas debajo de la arena, después de esto se va subiendo lentamente el tubo regador y se ira lavando las paredes de la probeta bajándose nuevamente el tubo provocándole a la muestra una turbulencia con el mismo cuando se llega a la marca final se cierra la manguera del irrigador y esta solución se deja en reposo durante 20 min. Después de este tiempo se lee directamente en la probeta la altura a la que se encuentra los finos a este valor le llamaremos. Lectura de arcilla. Después de esto y ayudados con el pisón introducirlo lentamente para evitar turbulencias cuando ya no baje más se le dará un pequeño giro sin aplicar presiones y ayudados con la marca del pisón tomaremos la altura a la que se encuentra la arena a esto le llamaremos lectura aparente de arena y para conocer la lectura real la Restaremos 25.4 cm ó 10".

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